công nghệ mạng cảm biến vô tuyến WSN

Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ..............................................................iv
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT................................................................................vii
LỜI MỞ ĐẦU.....................................................................................................xi
............................................................................................................................xiii
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG SENSOR VÔ TUYẾN.................xiii
1.1. Giới thiệu chung...........................................................................................................xiii
1.1.1. Khái niệm về WNS................................................................................................xiii

Hình 1.1. Mô hình mạng cảm biến vô tuyến thông thường.........................xiv
1.1.2. Lịch sử phát triển của các mạng cảm biến.............................................................xiv
1.1.3. Các thành phần trong mạng WSN...........................................................................xv

Hình 1.2. Một node mạng (Thiết bị “mote” của Berkeley)............................xv
Hình 1.3. Các phần tử phần cứng của node cảm biến..................................xvi
Hình 1.4. Các phần tử phần mềm của node cảm biến................................xvii
Bảng 1.1: So sánh các giao thức truyền tín hiệu trong WSN.....................xviii
1.1.4 Các mô hình mạng WSN........................................................................................xix

Hình 1.7. Các node theo mô hình hợp tác và bất hợp tác............................xxi
1.2. Cấu trúc mạng WSN.....................................................................................................xxi

Hình 1.8. Cấu trúc mạng cảm biến.................................................................xxi
Hình 1.9. Cấu trúc phẳng của mạng cảm biến............................................xxii
Hình 1.10. Cấu trúc tầng của mạng cảm biến.............................................xxiii
Hình 1.11. Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớp..........................xxiii
1.3. Kiến trúc giao thức mạng WSN..................................................................................xxiv

1.3.1. Lớp ứng dụng........................................................................................................xxv
1.3.2. Lớp giao vận........................................................................................................xxvi
1.3.3. Lớp mạng.............................................................................................................xxvi
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến mạng WSN.....................................................................xxviii
1.4.2. Chi phí thấp........................................................................................................xxviii
1.4.3. Mức độ khả dụng.................................................................................................xxix
1.4.4. Kiểu mạng............................................................................................................xxix
1.4.5. Bảo mật.................................................................................................................xxx
1.4.6. Thông lượng dữ liệu.............................................................................................xxxi
1.4.7. Trễ bản tin...........................................................................................................xxxii
1.4.8. Tính di động........................................................................................................xxxii
1.5. Tổng kết chương........................................................................................................xxxii

CHƯƠNG II: GIAO THỨC KỸ THUẬT TRONG...................................xxxii

SVTH: Lớp: H09VT7

i


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

MẠNG SENSOR VÔ TUYẾN.....................................................................xxxii
2.1. Giao thức điều khiển truy cập cho mạng WSN.........................................................xxxii
2.1.1. Mô hình giao thức cho mạng WSN...................................................................xxxiii

Hình 2.1. Mô hình tham khảo OSI và cấu trúc lớp liên kết dữ liệu.......xxxiv
2.1.2. Giao thức MAC..................................................................................................xxxiv

2.1.3. Các giao thức MAC cho mạng WSN...............................................................xxxviii

Hình 2.2. Giao thức MAC dựa trên TDMA ứng dụng trong WSN...............xl
2.2. Giao thức định tuyến cho mạng WSN..........................................................................xlii
2.2.1. Sự tập hợp và phân phối dữ liệu............................................................................xlii

Hình 2.3. Các ứng dụng mạng WSN..............................................................xlii
Hình 2.4. Truyền dữ liệu đa chặng................................................................xliii
2.2.2. Thách thức trong kỹ thuật định tuyến WSN.........................................................xliii
* Phương pháp báo cáo số liệu:......................................................................................xliv
* Khả năng của các node:................................................................................................xlv
2.2.3. Giao thức định tuyến trong WSN..........................................................................xlv

Hình 2.8. Ba tín hiệu bắt tay của SPIN...............................................................l
Hình 2.9. Hoạt động cơ bản của giao thức SPIN..............................................li
Hình 2.11. Mô hình mạng LEACH...................................................................lv
Hình 2.12. Hai trạng thái pha của LEACH....................................................lvi
Hình 2.16. Chuyển tiếp địa lý đệ quy trong GEAR.......................................lxii
2.3. Giao thức điều khiển giao vận cho mạng WSN..........................................................lxiii
2.3.1 Giao thức điều khiển giao vận truyền thống..........................................................lxiii
2.3.2 Thiết kế giao thức lớp giao vận.............................................................................lxiv
2.3.3 Giao thức điều khiển giao vận cho mạng WSN......................................................lxv

Hình 2.17. Topology mạng cảm biến điển hình với sự kiện và node đích.. lxvi
Bảng 2.2. Một số giao thức lớp giao vận cho mạng WSN.........................lxviii
2.4. Giao thức lớp ứng dụng............................................................................................lxviii
2.4.1. Giao thức quản lý cảm biến................................................................................lxviii
2.4.2. Giao thức quảng cáo dữ liệu và gán nhiệm vụ......................................................lxix
2.4.3. Giao thức phân phát dữ liệu và truy vấn cảm biến...............................................lxix
2.5. Tổng kết chương..........................................................................................................lxix

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CỦA MẠNG SENSOR VÔ TUYẾN............lxxi
3.1. Ứng dụng dạng 1 (C1WSN)........................................................................................lxxi
3.1.1. Ứng dụng WSN trong quân sự, an ninh, môi trường và nông nghiệp.................lxxii

Hình 3.1. Ứng dụng WSN trong quân sự...................................................lxxiii
Hình 3.2. Ứng dụng WSN trong an ninh quốc gia và luật pháp..............lxxiii
Hình 3.3. Thiết bị cảm biến gắn trên côn trùng........................................lxxiv
Hình 3.4. Hệ thống cảnh báo cháy rừng FireWatch...................................lxxv
Hình 3.5. Hệ thống cảm biến trong vườn nho............................................lxxvi
SVTH: Lớp: H09VT7

ii


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Hình 3.6. Vòng cổ cảm biến 3D được gắn vào bò sữa...............................lxxvii
3.1.2. Ứng dụng WSN trong giám sát xe cộ và thông tin liên quan............................lxxvii

Hình 3.7. Hệ thống cảm biến trên các đường cao tốc..............................lxxvii
3.2. Ứng dụng dạng 2 (C2WSN).....................................................................................lxxvii
3.2.1. Ứng dụng WSN trong gia đình..........................................................................lxxvii

Hình 3.8. Các ứng dụng điều khiển nhà......................................................lxxix
3.2.2. Ứng dụng WSN trong các tòa nhà tự động.........................................................lxxix

Hình 3.9. Điều khiển ánh sáng trong phòng...............................................lxxix

3.2.3. Ứng dụng WSN trong y tế, giám sát sức khỏe...................................................lxxix

Hình 3.10. Các ứng dụng trong y khoa.........................................................lxxx
3.2.4. Ứng dụng WSN trong công nghiệp.....................................................................lxxx

Hình 3.11. Các ứng dụng trong công nghiệp..............................................lxxxi
3.3. Tổng kết chương........................................................................................................lxxxi

KẾT LUẬN...................................................................................................lxxxii
.......................................................................................................................lxxxiii
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................lxxxiii

SVTH: Lớp: H09VT7

iii


Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 1.1. So sánh các giao thức truyền tín hiệu trong WSN.....................................8
Bảng 2.1. Một số giao thức lớp giao vận cho mạng WSN

56

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ..............................................................iv
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT................................................................................vii
LỜI MỞ ĐẦU.....................................................................................................xi

............................................................................................................................xiii
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG SENSOR VÔ TUYẾN.................xiii
1.1. Giới thiệu chung...........................................................................................................xiii
1.1.1. Khái niệm về WNS................................................................................................xiii

Hình 1.1. Mô hình mạng cảm biến vô tuyến thông thường.........................xiv
1.1.2. Lịch sử phát triển của các mạng cảm biến.............................................................xiv
1.1.3. Các thành phần trong mạng WSN...........................................................................xv

Hình 1.2. Một node mạng (Thiết bị “mote” của Berkeley)............................xv
Hình 1.3. Các phần tử phần cứng của node cảm biến..................................xvi
Hình 1.4. Các phần tử phần mềm của node cảm biến................................xvii
Bảng 1.1: So sánh các giao thức truyền tín hiệu trong WSN.....................xviii
1.1.4 Các mô hình mạng WSN........................................................................................xix

Hình 1.7. Các node theo mô hình hợp tác và bất hợp tác............................xxi
1.2. Cấu trúc mạng WSN.....................................................................................................xxi

Hình 1.8. Cấu trúc mạng cảm biến.................................................................xxi
Hình 1.9. Cấu trúc phẳng của mạng cảm biến............................................xxii
Hình 1.10. Cấu trúc tầng của mạng cảm biến.............................................xxiii
Hình 1.11. Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớp..........................xxiii
1.3. Kiến trúc giao thức mạng WSN..................................................................................xxiv
1.3.1. Lớp ứng dụng........................................................................................................xxv
1.3.2. Lớp giao vận........................................................................................................xxvi
SVTH: Lớp: H09VT7

iv

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

1.3.3. Lớp mạng.............................................................................................................xxvi
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến mạng WSN.....................................................................xxviii
1.4.2. Chi phí thấp........................................................................................................xxviii
1.4.3. Mức độ khả dụng.................................................................................................xxix
1.4.4. Kiểu mạng............................................................................................................xxix
1.4.5. Bảo mật.................................................................................................................xxx
1.4.6. Thông lượng dữ liệu.............................................................................................xxxi
1.4.7. Trễ bản tin...........................................................................................................xxxii
1.4.8. Tính di động........................................................................................................xxxii
1.5. Tổng kết chương........................................................................................................xxxii

CHƯƠNG II: GIAO THỨC KỸ THUẬT TRONG...................................xxxii
MẠNG SENSOR VÔ TUYẾN.....................................................................xxxii
2.1. Giao thức điều khiển truy cập cho mạng WSN.........................................................xxxii
2.1.1. Mô hình giao thức cho mạng WSN...................................................................xxxiii

Hình 2.1. Mô hình tham khảo OSI và cấu trúc lớp liên kết dữ liệu.......xxxiv
2.1.2. Giao thức MAC..................................................................................................xxxiv
2.1.3. Các giao thức MAC cho mạng WSN...............................................................xxxviii

Hình 2.2. Giao thức MAC dựa trên TDMA ứng dụng trong WSN...............xl
2.2. Giao thức định tuyến cho mạng WSN..........................................................................xlii
2.2.1. Sự tập hợp và phân phối dữ liệu............................................................................xlii

Hình 2.3. Các ứng dụng mạng WSN..............................................................xlii
Hình 2.4. Truyền dữ liệu đa chặng................................................................xliii

2.2.2. Thách thức trong kỹ thuật định tuyến WSN.........................................................xliii
* Phương pháp báo cáo số liệu:......................................................................................xliv
* Khả năng của các node:................................................................................................xlv
2.2.3. Giao thức định tuyến trong WSN..........................................................................xlv

Hình 2.8. Ba tín hiệu bắt tay của SPIN...............................................................l
Hình 2.9. Hoạt động cơ bản của giao thức SPIN..............................................li
Hình 2.11. Mô hình mạng LEACH...................................................................lv
Hình 2.12. Hai trạng thái pha của LEACH....................................................lvi
Hình 2.16. Chuyển tiếp địa lý đệ quy trong GEAR.......................................lxii
2.3. Giao thức điều khiển giao vận cho mạng WSN..........................................................lxiii
2.3.1 Giao thức điều khiển giao vận truyền thống..........................................................lxiii
2.3.2 Thiết kế giao thức lớp giao vận.............................................................................lxiv
2.3.3 Giao thức điều khiển giao vận cho mạng WSN......................................................lxv

Hình 2.17. Topology mạng cảm biến điển hình với sự kiện và node đích.. lxvi
Bảng 2.2. Một số giao thức lớp giao vận cho mạng WSN.........................lxviii
2.4. Giao thức lớp ứng dụng............................................................................................lxviii
2.4.1. Giao thức quản lý cảm biến................................................................................lxviii
2.4.2. Giao thức quảng cáo dữ liệu và gán nhiệm vụ......................................................lxix
2.4.3. Giao thức phân phát dữ liệu và truy vấn cảm biến...............................................lxix
2.5. Tổng kết chương..........................................................................................................lxix
SVTH: Lớp: H09VT7

v


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CỦA MẠNG SENSOR VÔ TUYẾN............lxxi
3.1. Ứng dụng dạng 1 (C1WSN)........................................................................................lxxi
3.1.1. Ứng dụng WSN trong quân sự, an ninh, môi trường và nông nghiệp.................lxxii

Hình 3.1. Ứng dụng WSN trong quân sự...................................................lxxiii
Hình 3.2. Ứng dụng WSN trong an ninh quốc gia và luật pháp..............lxxiii
Hình 3.3. Thiết bị cảm biến gắn trên côn trùng........................................lxxiv
Hình 3.4. Hệ thống cảnh báo cháy rừng FireWatch...................................lxxv
Hình 3.5. Hệ thống cảm biến trong vườn nho............................................lxxvi
Hình 3.6. Vòng cổ cảm biến 3D được gắn vào bò sữa...............................lxxvii
3.1.2. Ứng dụng WSN trong giám sát xe cộ và thông tin liên quan............................lxxvii

Hình 3.7. Hệ thống cảm biến trên các đường cao tốc..............................lxxvii
3.2. Ứng dụng dạng 2 (C2WSN).....................................................................................lxxvii
3.2.1. Ứng dụng WSN trong gia đình..........................................................................lxxvii

Hình 3.8. Các ứng dụng điều khiển nhà......................................................lxxix
3.2.2. Ứng dụng WSN trong các tòa nhà tự động.........................................................lxxix

Hình 3.9. Điều khiển ánh sáng trong phòng...............................................lxxix
3.2.3. Ứng dụng WSN trong y tế, giám sát sức khỏe...................................................lxxix

Hình 3.10. Các ứng dụng trong y khoa.........................................................lxxx
3.2.4. Ứng dụng WSN trong công nghiệp.....................................................................lxxx

Hình 3.11. Các ứng dụng trong công nghiệp..............................................lxxxi
3.3. Tổng kết chương........................................................................................................lxxxi

KẾT LUẬN...................................................................................................lxxxii

.......................................................................................................................lxxxiii
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................lxxxiii

SVTH: Lớp: H09VT7

vi


Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

ACK

Acknowledge Character

Ký tự báo nhận

ADC

Analog-to-Digital Converter

Bộ chuyển đổi tương tự số

ADV

Advertise

Bản tin quảng bá

BS

Base Station (Sink)

Trạm gốc

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia
theo mã

CH

Cluster Head

Nút chủ cụm

CTS

Clear To Send

Sẵn sàng nhận

CSMA

Carrier Sense Multiple Access

Đa truy cập cảm biến
sóng mang

CSMA/CA

Carrier Sense Multiple

Đa truy cập cảm biến
sóng mang tránh đụng độ

Access with Collision Avoidance
CSMA/CD

DDL

Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection

Đa truy cập cảm biến
sóng mang phát hiện đụng
độ

Data Description Language

Ngôn ngữ mô tả dữ liệu

SVTH: Lớp: H09VT7

vii


Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

E2E

End-to-End

Đầu cuối tới đầu cuối

ESRT

Evergreen Safety &

Giao thức truyền tải tin
cậy sự kiện tới node đích

Reliability Technologies
FDMA

Frequency Division Multiple
Access

Đa truy cập phân chia
theo tần số

FEC

Forward Error Correction

Sự sửa lỗi tiên tiến

FTP

File Transfer Protocol

Giao thức truyền tập tin

GAF

Geographic Adaptive Fidelity

Giải thuật chính xác theo
địa lý

GEAR

Geographic and Energy-

Định tuyến theo vùng địa
lý sử dụng hiệu quả năng
lượng

Aware Routing
GLONASS

Global Navigation Satellite System

Hệ thống vệ tinh điều
hướng toàn cầu

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

HA

Home Agent

Đại lý trong nước

HbH

Hop-by-Hop

Truyền từng bước

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

Giao thức truyền siêu văn
bản

ID

Identifier

Mã nhận dạng

IEEE

Institute of Electrical and
Electronic Engineers

Viện kỹ thuật điện và điện
tử

IP

Internet Protocol

Giao thức mạng internet

ISM

Industrial, Scientific, and Medical

Công nghiệp, khoa học, y
tế

LAN

Local Area Network

Mạnh nội bộ

LEACH

Low-Energy Adaptive
Clustering Hierarchy

Cấu trúc phân bậc tương
thích, năng lượng thấp

LLC

Logical Link Control

Điều khiển liên kết logic

MAC

Media Access Control

Điều khiển truy nhập môi
trường

SVTH: Lớp: H09VT7

viii

Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

MECN

Minimum energy communication
network

Mạng truyền thông với
năng lượng cực tiểu

MEMS

Microelectromechical System

Hệ thống cơ điện tử vi mô

MIC

Microwave Integrated Circuit

Mạch tích hợp vi ba

OS

Operating System

Hệ điều hành

OSI

Open Systems Interconnection

Kết nối các hệ thống mở

PDA

Physical Device Address

Địa chỉ thiết bị vật lý

PEGASIS

Power-Efficient Gathering
in Sensor Information System

Tập trung hiệu suất trong
mạng cảm biến

PHY

Physic Layer

Lớp vật lý

PSFQ

Pump Slowly, Fetch Quickly

Cơ chế trào ra nhanh và
bơm chậm

QoS

Quanlity of Service

Chất lượng dịch vụ

REQ

Request

Bản tin yêu cầu

RFC

Request For Comment

Yêu cầu bình luận

RFID

Radio Frequency Identify Device

Thiết bị nhận dạng bằng
sóng vô tuyến

RMST

Reliable Multi-segment Transport

Vận chuyển đa đoạn đáng
tin cậy

RTS

Request To Send

Yêu cầu gửi

SAR

Sensor Aggregates Routing

Giao thức cảm biến kết
hợp

SMACS

Self-Organizing Medium

Điều khiển truy cập tự sắp
xếp cho mạng cảm biến

Access Control for Sensornets
SMECN

Small Minimum Energy
Communication Network

Mạng truyền thông với
năng lượng cực tiểu loại
nhỏ

SMP

Sensor Management Protocol

Giao thức quản lý mạng
cảm biến

SPIN

Sensor Protocols for

Giao thức thông tin cảm
biến thông qua sự thỏa

Information via Negotiation

SVTH: Lớp: H09VT7

ix


Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

thuận
SPIN-EC

SPIN-PP with a low energy
threshold

SPIN-PP

Sensor Protocols for information
via Negotiation- Point to Point

Giao thức thông tin cảm
biến thông qua sự đàm
phán- điểm điểm với mức
ngưỡng năng lượng thấp
Giao thức thông tin cảm
biến thông qua sự đàm
phán- điểm điểm

SPIN-RL

SPIN-BC for lossy networks

Giao thức thông tin cảm
biến thông qua sự đàm
phán- môi trường quảng
bá cho mạng suy hao

SPX

Sequenced Packet Exchange
Protocol

Giao thức trao đổi trình tự
gói dữ liệu

SQDDP

Sensor Query and Data

Giao thức truy vấn cảm
biến và phân phối dữ liệu

Dissemination Protocol
SQTL

Software Testing and
Quality Assurance

STEM

Sparse Topology and Energy
Management

TADAP

Task Assignment and Data
Advertisement Protocol

Phần mềm kiểm tra và
đảm bảo bảo chất lượng
Quản lý năng lượng và
cấu hình rải rác
Giao thức phân nhiệm vụ
và quảng cáo số liệu

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức
truyền tải

điều

khiển

TCP/IP

Transmission Control
Protocol/Internet Protocol

Giao thức điều
truyền dẫn/giao
Internet

khiển
thức

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia
theo thời gian

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức gói người dùng

WLAN

Wireless Local Area Network

Mạng nội hạt vô tuyến

WPAN

Wireless Personal Area Network

Mạng vô tuyến cá nhân

SVTH: Lớp: H09VT7

x

Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

WSN

Wireless Sensor Network

Mạng cảm biến vô tuyến

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, công nghệ và truyền thông đã đạt được những bước
phát triển ấn tượng và đóng vai trò thiết yếu trong cuộc sống của con người. Chính sự
phát triển nhanh chóng của công nghệ đã làm cho hoạt động trao đổi thông tin trở
thành một đặc trưng của xã hội hiện tại. Tuy nhiên, xã hội càng tiến bộ thì những nhu
cầu của con người ngày càng phong phú và khắt khe hơn. Để đáp ứng được tốt yêu cầu
đó, đòi hỏi những người trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học phải không ngừng sáng
tạo để tìm ra những giải pháp công nghệ mới, không những chỉ đáp ứng tốt nhu cầu
hiện tại của xã hội, mà còn định hướng cho những ứng dụng mới trong tương lai. Sự ra
đời của mạng cảm biến vô tuyến WSN được đánh giá là một trong những ví dụ điển
hình của những giải pháp công nghệ như vậy.
Mạng WSN có những ưu thế vượt trội như khả năng ứng dụng phong phú, chi
phí triển khai thấp do các node mạng có giá thành rẻ, tiêu thụ ít năng lượng nhưng vẫn
đảm bảo khả năng cảm biến và truyền thông tốt. Tuy nhiên, bất cứ một hệ thống nào
có tính linh hoạt và ứng dụng rộng rãi cũng đều phải đối mặt với nhiều thách thức, và
WSN cũng không phải là một ngoại lệ. Một trong những thách thức lớn nhất của mạng
cảm biến là nguồn năng lượng của các node bị giới hạn và không thể nạp lại. Để giải
quyết vấn đề đó, hiện nay, rất nhiều hướng nghiên cứu đang tập trung vào việc tìm ra
các giải pháp để cải thiện khả năng sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng cho mạng cảm

biến trong từng lĩnh vực khác nhau. Trong tương lai, các ứng dụng của mạng cảm biến
vô tuyến sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống.
Do đó, trong đồ án này, em sẽ tập trung nghiên cứu về công nghệ mạng cảm biến
vô tuyến, đồ án được trình bày với ba nội dung chính như sau:
Chương I: Tổng quan về mạng sensor vô tuyến (WSN). Chương này đưa ra cái
nhìn tổng quan về WSN, bao gồm khái niệm, lịch sử phát triển, các thành phần trong
mạng WSN, mô hình, cấu trúc và kiến trúc giao thức mạng WSN, các yếu tố ảnh
hưởng đến mạng WSN.

SVTH: Lớp: H09VT7

xi


Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương II: Giao thức kỹ thuật trong mạng sensor vô tuyến. Chương này tập
trung tìm hiểu về các giao thức cơ bản sử dụng trong mạng WSN đó là: Giao thức điều
khiển truy cập, giao thức định tuyến, giao thức điều khiển giao vận, giao thức lớp ứng
dụng.
Chương III: Ứng dụng của mạng sensor vô tuyến.
Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Phạm Đình Chung, người đã tận tình giúp
đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án này.
Mặc dù đã nỗ lực cố gắng, song với thời gian hạn chế, kiến thức của em còn hạn
hẹp, quyển đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng
góp, chỉ bảo của thầy, cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, Ngày 04 tháng 04 năm 2012

Sinh viên thực hiện

SVTH: Lớp: H09VT7

xii


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG SENSOR VÔ TUYẾN
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Khái niệm về WNS
Mạng cảm biến vô tuyến (Wireless Sensor Networks: WSN) là tập hợp các node
cảm biến được triển khai dày đặc bên trong hoặc rất gần hiện tượng vật lý, thực hiện
việc đo lường các điều kiện môi trường hoặc các thông số khác và chuyển tiếp những
thông số đo được tới điểm trung tâm để xử lý. Các node cảm biến (WN) có thể cảm
nhận môi trường, có thể truyền thông tới các node lân cận, và trong nhiều trường hợp
có thể thực hiện các tính toán đơn giản dựa trên dữ liệu đã thu thập được. Các mạng
cảm biến hỗ trợ dải rộng các ứng dụng hữu ích. Với sự tiến bộ gần đây của công nghệ
các hệ thống cơ điện tử vi mô (MEMS), truyền thông vô tuyến và điện tử số, việc thiết
kế và phát triển các node cảm biến có chi phí thấp, công suất thấp, đa chức năng với
kích thước nhỏ và có khả năng truyền thông vô tuyến qua khoảng cách ngắn đã trở
thành hiện thực.

SVTH: Lớp: H09VT7

xiii

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Hình 1.1. Mô hình mạng cảm biến vô tuyến thông thường.
Hình 1.1 cho thấy mô hình cấu trúc của mạng cảm biến thường dùng. Các cảm
biến liên kết theo giao thức Multihop, phân chia Cluster chọn ra node có khả năng tốt
nhất làm node trung tâm, tất cả các node loại này sẽ truyền về node xử lý chính. Nhờ
vậy, năng lượng cũng như băng thông kênh truyền sẽ sử dụng hiệu quả hơn. Tuy
nhiên, có thể thấy cấu trúc mạng phức tạp và giao thức phân chia Cluster và định
tuyến cũng trở nên khó khăn hơn.
Mạng cảm biến có một số đặc điểm sau:
• Có khả năng tự tổ chức, yêu cầu ít hoặc không có sự can thiệp của con người.
• Truyền thông không tin cậy, quảng bá trong phạm vi hẹp và định tuyến
multihop.
• Triển khai dày đặc và khả năng kết hợp giữa các node cảm biến.
• Cấu hình mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào fading và hư hỏng ở các
node.
• Các giới hạn về mặt năng lượng, công suất phát, bộ nhớ và công suất tính toán.

1.1.2. Lịch sử phát triển của các mạng cảm biến
Lịch sử phát triển của mạng cảm biến có thể chia làm 4 giai đoạn:
* Giai đoạn 1: Các mạng cảm biến quân sự thời kỳ chiến tranh lạnh được phát
triển tại Mỹ để giám sát dưới đáy biển, một số mạng này hiện nay vẫn được sử dụng
cho công việc giám sát địa chấn.
* Giai đoạn 2: Các hoạt động nghiên cứu về mạng cảm biến diễn ra vào những
năm 1980 với các chương trình được hỗ trợ bởi cơ quan các dự án nghiên cứu tiên tiến
quốc phòng (DARPA), chương trình tập trung vào nghiên cứu việc tính toán phân tán,
xử lý tín hiệu, và tracking. Các công nghệ bao gồm các cảm biến âm thanh, các giao

thức truyền thông lớp cao, các thuật toán và các phần mềm phân tán.
* Giai đoạn 3: Phát triển các cảm biến cho các ứng dụng quân sự trong những
năm 1980 và 1990, nỗ lực đã được thực hiện ở giai đoạn này để bắt đầu thương mại
hóa các sản phẩm cảm biến.
* Giai đoạn 4: Bao gồm các nghiên cứu về mạng cảm biến ngày nay. Sự tiến bộ
của công nghệ tính toán và truyền thông diễn ra vào cuối những năm 1990 và đầu
những năm 2000 đã phát triển thế hệ công nghệ cảm biến mới. Các mạng cảm biến
ngày nay đã có những cải tiến quan trọng so với các mạng cảm biến truyền thông. Các
cảm biến có kich thước gọn, chi phí thấp dựa trên các công nghệ mật độ cao như các
hệ thống cơ điện tử vi mô (MEMS) đã xuất hiện. Việc tiêu chuẩn hóa mạng WSN
được thực hiện với sự phát triển với các công nghệ truyền thông tin cậy như các mạng
SVTH: Lớp: H09VT7

xiv


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

vô tuyến dựa trên IEEE 802.11 a/b/g, Bluetooth, ZigBee và WiMax. Các bộ xử lý chi
phí thấp yêu cầu tiêu thụ công suất thấp cho phép triển khai các cảm biến cho nhiều
ứng dụng. Các nỗ lực thương mại hóa các mạng cảm biến hướng tới việc định nghĩa
các topo mạng mesh, peer-to-peer, và cluster-tree với các thuộc tính bảo mật dữ liệu và
các profile ứng dụng liên hoạt động.

1.1.3. Các thành phần trong mạng WSN
Có 4 thành phần cơ bản tạo nên 1 mạng cảm biến:
- Các node cảm biến: Được phân bố theo mô hình tập trung hay phân bố rải.
- Đường truyền: Là mạng lưới liên kết giữa các cảm biến (có dây hoặc vô tuyến).

- Điểm trung tâm tập hợp dữ liệu .
- Bộ phận xử lý dữ liệu ở trung tâm.
a. Node cảm biến
Node cảm biến là những thiết bị nhỏ gọn, có khả năng tự hành và hoạt động
trong một số điều kiện đặc biệt như: sử dụng nguồn năng lượng pin, tiêu tốn ít năng
lượng và có đầy đủ các tính năng để thực hiện nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính toán,
lưu trữ dữ liệu nhằm đưa ra các nhận định toàn cục về môi trường xung quanh. Ngoài
ra, chúng cũng được trang bị bộ thu, phát vô tuyến để truyền thông với trạm gốc, là nơi
mà các thông số từ node gửi về sẽ được phân tích, tính toán, lưu trữ và luôn sẵn sàng
cho người sử dụng. Các node cảm biến có khả năng tương tác với môi trường thông
qua các cảm biến khác, xử lý thông tin nội bộ và truyền thông tin này tới các cảm biến
lân cận.

Hình 1.2. Một node mạng (Thiết bị “mote” của Berkeley).
Cấu tạo của một node cảm biến bao gồm hai phần chính đó là: phần cứng và
phần mềm.

SVTH: Lớp: H09VT7

xv


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

* Phần cứng: Phần cứng của một node cảm biến bao gồm bốn phần tử cơ bản:
- Đơn vị cảm biến: Một cảm biến hay một dãy cảm biến (Sensing unit), biến đổi
các thông số môi trường thành thông tin.
- Đơn vị xử lý (Processor/Storage): Xử lý thông tin, điều chế số, định tuyến…

- Đơn vị liên lạc bằng vô tuyến (Antenna): Trao đổi giữa các node với nhau và
với trung tâm.
- Đơn vị nguồn cung cấp (Power unit): Đảm bảo năng lượng cho node hoạt động
vài giờ, vài tháng hay vài năm.
- Các phần tử khác phụ thuộc vào ứng dụng: Như là hệ thống định vị (location
finding system), bộ phát nguồn (power generator) và bộ phận di động (mobilizer).

Hình 1.3. Các phần tử phần cứng của node cảm biến.
Các đơn vị cảm biến (sensing units) bao gồm hai đơn vị thành phần là thiết bị
cảm biến (sensor) và bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số(ADC). Các tín
hiệu tương tự có được từ các cảm biến trên cơ sở cảm biến các hiện tượng được
chuyển sang tín hiệu số bằng bộ chuyển đổi ADC, rồi mới được đưa tới bộ xử lý. Đơn
vị xử lý, thường được kết hợp với bộ lưu trữ nhỏ (storage unit), có nhiệm vụ phân tích
thông tin cảm biến và quyết định các thủ tục làm cho các node kết hợp với nhau để
thực hiện các nhiệm vụ định sẵn. Phần thu phát vô tuyến kết nối các node vào mạng.
Một trong số các phần quan trọng nhất của một node mạng cảm biến là bộ nguồn.
Bộ nguồn, có thể là pin hoặc acquy, cung cấp năng lượng cho node cảm biến và không
SVTH: Lớp: H09VT7

xvi


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

thay thế được nên nguồn năng lượng của node thường là giới hạn. Các bộ nguồn
thường được hỗ trợ bởi các thiết bị sinh năng lượng ví dụ như là các tấm pin mặt trời
nhỏ. Ngoài ra cũng có những thành phần phụ khác phụ thuộc vào từng ứng dụng. Hầu
hết các kĩ thuật định tuyến và các nhiệm vụ cảm biến của mạng đều yêu cầu có độ

chính xác cao về vị trí. Do đó, các node cảm biến thường phải có hệ thống tìm vị trí.
Các bộ phận di động đôi lúc cần phải dịch chuyển các node cảm biến khi cần thiết để
thực hiện các nhiệm vụ đã ấn định. Tất cả những thành phần này cần phải phù hợp với
kích cỡ từng module. Ngoài kích cỡ ra các node cảm biến còn một số ràng buộc
nghiêm ngặt khác, như là phải tiêu thụ rất ít năng lượng, hoạt động ở mật độ cao, có
giá thành thấp, có thể tự hoạt động, và thích biến với sự biến đổi của môi trường.
Các node có khả năng liên lạc vô tuyến với các node lân cận và chúng các
chức năng cơ bản như xử lý tín hiệu, quản lý giao thức mạng và bắt tay với các node
lân cận để truyền dữ liệu tới trung tâm.
* Phần mềm: Để hỗ trợ node hoạt động, quan trọng cần có các hệ điều hành mã
nguồn mở được thiết kế cụ thể cho các mạng cảm biến WSN. Các hệ điều hành như
vậy thường sử dụng kiến trúc dựa trên phần tử cho phép thực hiện và đổi mới nhanh
trong khi cực tiểu hóa kích thước mã nguồn theo yêu cầu hạn chế về bộ nhớ trong các
mạng cảm biến. Phần mềm của một node cảm biến bao gồm năm đơn vị thành phần cơ
bản:

Hình 1.4. Các phần tử phần mềm của node cảm biến.
- Hệ điều hành (OS) microcode (còn được gọi là middleware): Đây là mã nguồn
nhỏ được sử dụng bởi tất cả các module phần mềm thường chú của node ở mức cao
SVTH: Lớp: H09VT7

xvii


Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

nhằm hỗ trợ các chức năng khác nhau. Trong trường hợp tổng quát, mục đích của hệ
điều hành là bảo vệ phần mềm từ chức năng lớp máy của bộ vi xử lý. Mong muốn rằng

các hệ điều hành mã nguồn mở được thiết kế cụ thể cho các mạng cảm biến WSN, các
hệ điều hành OS này thường sử dụng kiến trúc cho phép thực hiện nhanh trong khi cực
tiểu hóa kích thước mã nguồn.
- Các diver cảm biến: Đây là các module phần mềm quản lý các chức năng cơ
bản của các bộ thu phát cảm biến, các cảm biến có thể ở dạng modular/plug, và phụ
thuộc vào kiểu và sự phức tạp, cấu hình và các thiết lập phù hợp phải được tải vào
trong bộ cảm biến.
- Các bộ xử lý truyền thông: Mã nguồn này quản lý các chức năng truyền thông
bao gồm định tuyến, nhớ đệm và chuyển tiếp gói, duy trì topology, điều khiển truy
nhập môi trường, mật mã hóa và sửa lỗi hướng đi FEC.
- Các driver truyền thông (mã hóa và lớp vật lý): Các module phần mềm này
quản lý chi tiết về liên kết truyền dẫn của kênh vô tuyến bao gồm đồng hồ và đồng bộ,
mã hóa tín hiệu, khôi phục bit, đếm bit, các mức tín hiệu và điều chế.
- Các ứng dụng nhỏ xử lý dữ liệu: Đây là những ứng dụng số, xử lý dữ liệu, lưu
giữ giá trị tín hiệu và xử lý, hoặc các ứng dụng cơ bản khác được hỗ trợ ở mức node
cho việc xử lý bên trong mạng.
b. Đường truyền
WSN sử dụng kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến trong đó ta phải quan tâm đến:
- Dãy truyền sóng.
- Sự hư hại đường truyền.
- Kỹ thuật điều chế.
- Giao thức mạng.
Có nhiều giao thức vô tuyến, được sử dụng khá rộng rãi là IEEE
802.15.1(Bluetooth), IEEE 802.11a/b/g/n wireless LANs, IEEE 802.15.4 (ZigBee),
Man-scope IEEE 802.16 (WiMax) và kỹ thuật nhận dạng bằng sóng vô tuyến (RFID).
Bảng 1.1: So sánh các giao thức truyền tín hiệu trong WSN

Đặc tính
Khoảng cách
Tốc độ dữ liệu

Công suất tiêu thụ
Thời gian sống của pin
SVTH: Lớp: H09VT7

802.11
~100 m
~2 - 54 Mbps
Trung bình
Phút-vài giờ

IEEE Standard
802.15/Bluetooth
~10 - 100 m
~1 - 3 Mbps
Thấp
Giờ -vài ngày

802.15/ZigBee
~10 m
~0.25 Mbps
Cực thấp
Ngày- vài năm
xviii


Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Kích thước

Lớn
Tỉ số chi phí/độ phức tạp >6

Nhỏ hơn
1

Nhỏ nhất
0.2

RFID là một dạng của cảm biến vô tuyến, không yêu cầu công suất cho các thẻ
quét. Thẻ RFID là cảm biến, nó sẽ đáp ứng lại khi công suất từ đầu đọc hướng đến nó.
Các thẻ RFID hiện nay chỉ lưu giũ được 96 bit dữ liệu nhưng các thẻ mới hơn có thể
cung cấp lên đến 128 hay 256 bit.

1.1.4 Các mô hình mạng WSN
Mô hình WSN có thể được chia thành hai loại là:
- Mô hình mạng đơn giản C2WSN
- Mô hình mạng phức tạp C1WSN

Hình 1.5. Mô hình mạng phức tạp (C1WSNs).

SVTH: Lớp: H09VT7

xix


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Hình 1.6. Mô hình mạng đơn giản (C2WSNs).
a. Mô hình mạng đơn giản (C2WSN)
- Mô hình điểm-điểm hay đa điểm-điểm, chủ yếu là các liên kết đơn giữa các
node (single hop), dùng giao thức định tuyến tĩnh.
- Một node không cung cấp thông tin cho các node khác.
- Node chuyển tiếp không có khả năng xử lý dữ liệu cho node khác.
- Khoảng cách ngắn vài trăm mét.
- Hệ thống tương đối đơn giản.
b. Mô hình mạng phức tạp (C1WSN)
- Hệ thống lưới kết nối đa đường giữa các node qua kênh truyền vô tuyến sử
dụng giao thức định tuyến động, các node tìm đường đi tôt nhất đến đích.
- Vai trò của các node như các trạm lặp với khoảng cách rất lớn (hàng ngàn mét).
- Xử lý dữ liệu ở các node chuyển tiếp.
- Mạng phức tạp cồng kềnh khó triền khai cả về phần mềm và phần cứng trong
thực tế rất ít sử dụng.
Theo cách khác, có thể chia mô hình theo hai dạng: Hợp tác (cooperative) và bất
hợp tác (noncooperative). Trong dạng hợp tác các node chuyển tiếp thông tin cho các
node lân cận. Còn trong dạng bất hợp tác, các node truyền thông tin trực tiếp lên trung
tâm mà không qua các node lân cận.

SVTH: Lớp: H09VT7

xx


Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Hình 1.7. Các node theo mô hình hợp tác và bất hợp tác.

Mặc dù còn có các cách phân loại mô hình khác, tuy nhiên theo 2 dạng C1WSN
và C2WSN là tổng quát nhất cho các cách cấu hình mạng WSN. Các ứng dụng được
xây dựng dựa trên các mô hình này.

1.2. Cấu trúc mạng WSN
Cấu trúc mạng cảm biến có những đặc điểm sau:
• Kết hợp vấn đề năng lượng và khả năng định tuyến.
• Tích hợp dữ liệu và giao thức mạng.
• Truyền năng lượng hiệu quả qua các phương tiện không dây.
• Chia sẻ nhiệm vụ giữa các node lân cận.
Các node cảm biến được phân bố trong một trường cảm biến (sensor field) như
Hình 1.8. Mỗi một node cảm biến có khả năng thu thập dữ liệu và định tuyến dữ liệu
ngược trở lại đến các node đích (sink) và người sử dụng đầu cuối.

Hình 1.8. Cấu trúc mạng cảm biến.
Dữ liệu được định tuyến lại đến các sink bởi một cấu trúc đa điểm như hình vẽ
trên. Các sink có thể giao tiếp với các node quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua
SVTH: Lớp: H09VT7

xxi


Mục lục

Đồ án tốt nghiệp Đại học

mạng Internet hoặc vệ tinh. Sink là một thực thể, tại đó thông tin được yêu cầu. Sink
có thể là thực thể bên trong mạng (là một node cảm biến) hoặc ngoài mạng. Thực thể
ngoài mạng có thể là một thiết bị thực sự ví dụ như máy tính xách tay mà tương tác
với mạng cảm biến, hoặc cũng đơn thuần chỉ là một gateway mà nối với mạng khác

lớn hơn như Internet nơi mà các yêu cầu thực sự đối với các thông tin lấy từ một vài
node cảm biến trong mạng. Việc thiết kế mạng cảm biến như mô tả trong Hình 1.7 phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như khả năng chống lỗi, giá thành sản phẩm, môi trường hoạt
động, cấu hình mạng cảm biến, tích hợp phần cứng, môi trường truyền dẫn và tiêu thụ
công suất.
Hai cấu trúc đặc trưng của mạng cảm biến đó là: cấu trúc phẳng và cấu trúc tầng.
a. Cấu trúc phẳng
Trong cấu trúc phẳng (flat architecture) (Hình 1.9), tất cả các node đều ngang
hàng và đồng nhất trong hình dạng và chức năng. Các node giao tiếp với sink qua
multihop sử dụng các node ngang hàng làm bộ tiếp sóng. Với phạm vi truyền cố định,
các node gần sink hơn sẽ đảm bảo vai trò của bộ tiếp sóng đối với một số lượng lớn
nguồn. Giả thiết rằng tất cả các nguồn đều dùng cùng một tần số để truyền dữ liệu, vì
vậy có thể chia sẻ thời gian. Tuy nhiên cách này chỉ có hiệu quả với điều kiện là có
nguồn chia sẻ đơn lẻ, ví dụ như thời gian, tần số…

Hình 1.9. Cấu trúc phẳng của mạng cảm biến.
b. Cấu trúc tầng
Trong cấu trúc tầng (tiered architecture) (Hình 1.10), các cụm được tạo ra giúp
các tài nguyên trong cùng một cụm gửi dữ liệu single hop hay multihop ( tùy thuộc
vào kích cỡ của cụm) đến một node định sẵn, thường gọi là node chủ (cluster head).
Trong cấu trúc này các node tạo thành một hệ thống cấp bậc mà ở đó mỗi node ở một
mức xác định thực hiện các nhiệm vụ đã định sẵn.

SVTH: Lớp: H09VT7

xxii


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Hình 1.10. Cấu trúc tầng của mạng cảm biến.
Trong cấu trúc tầng thì chức năng cảm nhận, tính toán và phân phối dữ liệu
không đồng đều giữa các node. Những chức năng này có thể phân theo cấp, cấp thấp
nhất thực hiện tất cả nhiệm vụ cảm nhận, cấp giữa thực hiện tính toán, và cấp trên
cùng thực hiện phân phối dữ liệu (Hình 1.11).

Hình 1.11. Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớp.
Mạng cảm biến xây dựng theo cấu trúc tầng hoạt động hiệu quả hơn cấu trúc
phẳng, do các lý do sau:

SVTH: Lớp: H09VT7

xxiii


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Cấu trúc tầng có thể giảm chi phí chi mạng cảm biến bằng việc định vị các tài
nguyên ở vị trí mà chúng hoạt động hiệu quả nhất. Rõ ràng là nếu triển khai các phần
cứng thống nhất, mỗi node chỉ cần một lượng tài nguyên tối thiểu để thực hiện tất cả
các nhiệm vụ. Vì số lượng các node cần thiết phụ thuộc vào vùng phủ sóng xác định,
chi phí của toàn mạng vì thế sẽ không cao. Thay vào đó, nếu một số lượng lớn các
node có chi phí thấp được chỉ định làm nhiệm vụ cảm nhận, một số lượng nhỏ hơn các
node có chi phí cao hơn được chỉ định để phân tích dữ liệu, định vị và đồng bộ thời
gian, chi phí cho toàn mạng sẽ giảm đi.
Mạng cấu trúc tầng sẽ có tuổi thọ cao hơn cấu trúc mạng phẳng. Khi cần phải

tính toán nhiều thì một bộ xử lý nhanh sẽ hiệu quả hơn, phụ thuộc vào thời gian yêu
cầu thực hiện tính toán. Tuy nhiên, với các nhiệm vụ cảm nhận cần hoạt động trong
khoảng thời gian dài, các node tiêu thụ ít năng lượng phù hợp với yêu cầu xử lý tối
thiểu sẽ hoạt động hiệu quả hơn. Do vậy với cấu trúc tầng mà các chức năng mạng
phân chia giữa các phần cứng đã được thiết kế riêng cho từng chức năng sẽ làm tăng
tuổi thọ của mạng.
Về độ tin cậy: Mỗi mạng cảm biến phải phù hợp với với số lượng các node yêu
cầu thỏa mãn điều kiện về băng thông và thời gian sống.
Tóm lại, việc tương thích giữa các chức năng trong mạng có thể đạt được khi
dùng cấu trúc tầng. Đặc biệt người ta đang tập trung nghiên cứu về các tiện ích về tìm
địa chỉ. Những chức năng như vậy có thể phân phối đến mọi node, một phần phân bố
đến tập con của các node. Giả thiết rằng các node đều không cố định và phải thay đổi
địa chỉ một cách định kì, sự cân bằng giữa những lựa chọn này phụ thuộc vào tần số
thích hợp của chức năng cập nhật và tìm kiếm. Hiện nay cũng đang có rất nhiều mô
hình tìm kiếm địa chỉ trong mạng cấu trúc tầng.

1.3. Kiến trúc giao thức mạng WSN
Trong mạng cảm biến, dữ liệu sau khi được thu thập bởi các node sẽ được định
tuyến gửi đến sink. Sink sẽ gửi dữ liệu đến người dùng đầu cuối thông qua internet hay
vệ tinh. Kiến trúc giao thức được sử dụng bởi node sink và các node cảm biến được
cho bởi hình sau (Hình 1.12):

SVTH: Lớp: H09VT7

xxiv


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Hình 1.12. Kiến trúc giao thức của mạng cảm biến.
Kiến trúc giao thức này kết hợp giữa công suất và chọn đường, kết hợp số liệu
với các giao thức mạng, sử dụng công suất hiệu quả với môi trường vô tuyến và sự
tương tác giữa các node cảm biến . Kiến trúc giao thức này bao gồm lớp: lớp ứng dụng
(Application Layer), lớp giao vận (Transport Layer), lớp mạng (Network Layer), lớp
liên kết dữ liệu (Data link Layer), lớp vật lý (Physical Layer), và các mặt phẳng quản
lý: mặt phẳng quản lý nguồn (Power Management Plane), mặt phẳng quản lý di động
(Mobility Management Plane) và mặt phẳng quản lý nhiệm vụ (Task Management
Plane). Các mặt phẳng quản lý này làm cho các node có thể làm việc cùng nhau theo
cách có hiệu quả nhất, định tuyến dữ liệu trong mạng cảm biến di động và chia sẻ tài
nguyên giữa các node cảm biến.

1.3.1. Lớp ứng dụng
Tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, các kiểu phần mềm ứng dụng có thể được xây dựng
và sử dụng trên lớp ứng dụng. Trong lớp ứng dụng có một số giao thức quan trọng như
giao thức quản lý mạng cảm biến (SMP – Sensor Management Protocol), giao thức
quảng bá dữ liệu và chỉ định nhiệm vụ cho từng sensor (TADAP – Task Assignment
and Data Advertisement Protocol), giao thức phân phối dữ liệu và truy vấn cảm biến
(SQDDP – Sensor Query and Data Dissemination Protocol). Các giao thức này rất cần
thiết cho mạng cảm biến trên cơ sở những sơ đồ được đề xuất có liên quan tới những
SVTH: Lớp: H09VT7

xxv